叶面喷施吲哚乙酸对小花南芥和玉米间作富集铅的影响

为探究吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)对小花南芥(Arabis alpina L.var. parviflora Franch)与玉米(Zea mays L.)间作的生理生化响应及富集铅(Pb)的影响,本研究设置Pb(1 000 mg·kg^(-1))胁迫下叶面喷施不同浓度IAA(0、25、50、100 mg·L^(-1))对间作植物生物量、抗氧化酶活性、光合特性和Pb富集特征的影响。结果表明:25 mg·L^(-1)浓度处理下间作小花南芥地下部分生物量比单作提高80.1%,间作小花南芥叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性较单作提高42.1%、20.3%和21.8%,丙二醛(MDA)含量降低25.8%,间作玉米叶片SOD、POD和CAT活性较单作提高40.1%、44.4%和50.0%,MDA含量降低10.9%。随着IAA处理浓度的增加,小花南芥和玉米净光合速率、气孔导度、胞间CO_(2)浓度及叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均表现为先增加后减少,25、50 mg·L^(-1)处理下达到峰值后,100 mg·L^(-1)处理下有所减少。随着IAA处理浓度增加,间作小花南芥和玉米Pb富集系数先增加后减少,间作玉米转运系数增加。综上所述,25、50 mg·L^(-1)处理下,IAA通过提高玉米和小花南芥的抗氧化酶活性、增加光合色素的含量来增强光合作用,进而提升间作小花南芥对Pb的富集效应和玉米的耐受性。

UV-B增强后秸秆还田分解对土壤氮转化微生物及酶活性的影响

为明确UV-B辐射增强对水稻秸秆化学成分的影响,阐释UV-B辐射增强后秸秆还田分解特征及其对稻田土壤氮素转化的间接效应,本研究在元阳梯田(海拔1600 m)开展大田试验,以当地水稻品种白脚老粳为研究对象,研究UV-B辐射增强(5.00kJ·m^(-2))对水稻秸秆化学成分及其还田后秸秆降解、土壤氮素转化的影响。结果表明:UV-B辐射增强显著降低水稻秸秆纤维素含量,增加木质素含量,提高秸秆木质素/氮;并导致秸秆纤维素、木质素、总氮的降解速率总体降低,最大降幅分别达38.7%、18.1%、25.8%。与自然光照秸秆相比,UV-B辐射后的秸秆还田显著降低土壤固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量,增加土壤蛋白酶、氨单加氧酶、硝酸还原酶活性,提高土壤硝化和反硝化速率。相关性分析表明,秸秆木质素/氮与秸秆降解速率呈极显著负相关;秸秆纤维素、木质素、总氮降解速率与硝酸还原酶活性呈显著正相关,后者又与N_(2)O排放通量呈显著正相关;硝化细菌数量与NO_(3)^(-)-N含量呈负相关。研究表明,UV-B辐射增强通过提高秸秆木质素/氮,抑制秸秆纤维素、木质素、总氮降解,减少土壤氨化细菌数量,增加氨单加氧酶和硝酸还原酶活性,从而促进土壤NH_(4)^(+)-N向NO_(3)^(-)-N转化,导致N2O排放通量增加。

微塑料-重金属污染对植物-丛枝菌根真菌共生体系的生态毒性效应研究进展

近年来,土壤微塑料(microplastics,MPs)备受关注,土壤中不仅存在微塑料,还有重金属等污染物,微塑料与重金属的共存直接影响到土壤中植物的生长和植物-真菌共生体系。研究表明,植物-丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)共生体系可以提高植物对土壤重金属的耐受能力,但微塑料的存在会影响AMF对植物的定殖以及AMF对重金属的过滤螯合作用,进而影响植物体对重金属的累积。微塑料降解过程中会释放增塑剂、稳定剂和阻燃剂等有害物质,亚微米和纳米级的塑料颗粒还会直接进入植物体,而且微塑料还会粘附在植物种子和根系上影响植物的发芽和幼苗生长,进而改变AMF对植物根系的定殖。此外,由于微塑料具有比表面积大、疏水性强和难降解等特性,可以吸附重金属离子,但这种吸附会受到微塑料和重金属本身以及外界环境的影响。对于土壤环境而言,微塑料会改变土壤pH、有机碳、阳离子交换量等,同时微塑料与土壤颗粒产生竞争吸附会改变重金属的生物有效性,进而影响到植物对重金属的累积。尽管目前已开展大量对微塑料和重金属复合污染的研究,但是,对于微塑料和重金属复合污染对植物-AMF共生体系的研究尚不充分。因此,本文根据现有的研究综述了土壤微塑料与重金属复合污染对植物和AMF的影响,为进一步开展对土壤微塑料和重金属复合污染的研究做出一些思考与建议。

As胁迫对二年生三七生长、根部As含量和根系分泌物的影响

通过大田试验,研究不同As处理浓度(As5+:0、20、80、140、200、260mg/kg)下,二年生三七绿果期生长特征、根不同部位(主根、须根和剪口)As含量和根系分泌物中有机酸含量、可溶性糖含量和游离氨基酸含量的变化规律。结果表明:(1)株高、叶面积和生物量随着砷处理浓度的增加降低,砷处理浓度为260mg/kg时,根生物量降低26.47%,总生物量降低23.61%;(2)主根、须根和剪口砷平均含量分别0.38、2.51、0.44mg/kg。三七根不同部位砷含量依次为:须根>剪口>主根;(3)砷胁迫条件下,根系分泌物中柠檬酸和总有机酸含量随砷处理浓度的增加而增加,醋酸和琥珀酸含量随砷处理浓度的增加而降低,在砷≥80mg/kg时,根系不再分泌苹果酸和乳酸;(4)根系分泌物中可溶性糖和游离氨基酸含量随砷处理浓度的增加而增加。总之,二年生三七的生长、砷含量和根系分泌物的组成和含量受到砷胁迫的影响,As大于140mg/kg处理时,三七的生长受到抑制,As小于200mg/kg处理时,柠檬酸、可溶性糖和游离氨基酸含量随As处理浓度的增加而显著增加。

药用植物砷污染现状及其对生长和药效成分影响的研究进展

我国及世界许多国家和地区均制定了有关药用植物中砷含量的限量标准,药用植物中砷污染的现状不容忽视。药用植物砷污染受到植物种类、品种、入药部位、产地、土壤砷污染和炮制工艺等因素的影响。砷污染对药用植物生长发育及其药效成分产生较大的影响。

氧氟沙星与Cu^(2+)复合物对非洲绿猴肾细胞(Vero)的毒性效应

抗生素氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)与重金属铜离子(Cu^(2+))复合污染对离体培养的非洲绿猴肾细胞(Vero)的生长抑制作用及毒性效应,是值得关注的热点问题。通过模拟试验,研究了抗生素OFL与Cu^(2+)及其复合物对非洲绿猴肾活体细胞(Vero)的毒性效应。在正常体细胞环境下培养非洲绿猴肾细胞(Vero)3 d,加入OFL浓度为0.63、1.25、2.5、5、10 mg·L^(-1),加入Cu^(2+)浓度为2.75、6.88mg·L^(-1),反应24 h,并通过MTT法检测OFL与Cu^(2+)及其复合物对非洲绿猴肾细胞生长的抑制率。结果表明:OFL与Cu^(2+)及其复合物会导致细胞形态变化,细胞破碎,贴壁率降低。随着Cu^(2+)浓度增加,Vero细胞生长抑制率逐渐上升;OFL对Vero细胞生长有显著的影响。在2.75 mg·L^(-1)Cu^(2+)浓度时,OFL与Cu^(2+)的复合物对细胞的抑制率在30%到36%之间;当OFL浓度为2.5、5、10 mg·L^(-1)时,OFL与Cu^(2+)的复合物对细胞的抑制率与OFL、Cu^(2+)单一抑制率之和有显著差异,但随OFL浓度的变化没有显著差异;在6.88 mg·L^(-1)Cu^(2+)浓度处理时,OFL浓度为1.25、2.5 mg·L^(-1)时,OFL与Cu^(2+)复合物对细胞抑制率的实测值与OFL、Cu^(2+)单一抑制率之和之间没有显著差异;而当OFL浓度为0.63、5、10 mg·L^(-1)时,OFL与Cu^(2+)的复合物对细胞抑制率的实测值显著低于OFL、Cu^(2+)单一抑制率之和;OFL与Cu^(2+)的复合物对细胞的抑制率随着OFL浓度的增加而增加。OFL与Cu^(2+)的复合物会对Vero细胞产生毒性效应,并表现为抑制细胞生长,对细胞产生了复合污染;OFL与Cu^(2+)的复合物对细胞生长的抑制率小于OFL与Cu^(2+)单一对细胞生长抑制率之和,OFL与Cu^(2+)对细胞生长的毒性具有拮抗作用。

中国稻田土壤有机碳汇特征与影响因素的研究进展

稻田是中国面积最大的耕地之一,稻田土壤有机碳(SOC)是重要的农业碳库,被认为在减缓大气二氧化碳浓度上升和全球变暖中起着重要作用。明确中国稻田土壤有机碳汇特征与影响因素,有助于制定合理的农业管理措施,科学地增强稻田土壤固碳潜力。研究发现:在空间分布上,中国稻田SOC含量具有地域性差异,总体表现为华南、西南高于华北、西北,长江中游高于下游,且稻田SOC含量沿海拔升高而增加,随土壤深度增加而减少;在组成上,稻田土壤活性碳比例低于5.3%,惰性碳比例远大于活性碳,高达60%以上,稻田固碳重点在于惰性组分;在影响因素上,人为管理措施是导致稻田碳汇变化的主要原因,并与自然因素密切相关。为充分发挥稻田土壤碳汇功能,未来研究应加强稻田SOC稳定机制研究,制定因地制宜的农业管理方案,为中国“碳达峰与碳中和”目标的实现提供科学依据。

间作植物根系对Pb斑块胁迫适应机制

为研究间作体系植物根系受Pb胁迫的形态学适应机制,利用根箱试验设计Pb斑块胁迫下玉米、小花南芥单作和玉米与小花南芥间作处理。结果表明:在Pb斑块(0、1000 mg·kg^-1)处理根箱条件下,间作小花南芥根生物量的相对关系指数显著增加,小花南芥根趋向有Pb斑块生长,根系表面积显著增加,间作模式极显著影响小花南芥根系形态;间作玉米根生物量的相对关系指数显著降低,玉米根趋向无Pb斑块生长,Pb处理极显著影响玉米根系形态。径级在1.5 mm<d3≤2.5 mm根表面积显著影响间作小花南芥与玉米对Pb的响应。研究表明,根间相互作用激发小花南芥根系趋向Pb斑块,玉米根系趋向无Pb斑块,揭示了超富集植物与作物间作体系促进两种植物根系趋向性适应的重要原因。

三种钝化剂对镉铅污染农田的钝化修复效应研究

为探究海泡石、石灰和生物炭三种钝化剂对镉铅污染土壤的修复效果,采用大田试验和盆栽试验,研究了钝化剂对土壤不同形态Cd,Pb含量,团聚体组成及细菌群落结构的影响。结果表明:(1)施加钝化剂促进土壤中重金属由活性高形态向活性低形态转化。施用石灰、海泡石显著降低弱酸提取态Cd,Pb分别为5.03%,33.6%,使残渣态Cd,Pb分别提高7.32%,20.62%;(2)钝化处理改变各级土壤团聚体含量。施加石灰能显著提高>2 mm团聚体含量,海泡石可显著降低<0.053 mm团聚体含量,施加石灰对MWD增幅最高(71.2%),施用生物炭、海泡石使<0.053 mm团聚体中的Cd,Pb含量下降49.4%,36.6%;(3)施用石灰使壤中流的Cd,Pb含量下降37.8%,65.2%;(4)土壤经钝化后,显著提高了土壤细菌群落的丰富度和多样性,其中石灰处理提高效果最佳。综合分析,三种钝化材料中石灰的修复效果最佳。

Cd胁迫下外源谷胱甘肽对紫花苜蓿氮代谢及Cd累积特征的影响

为研究镉(Cd)胁迫下外源谷胱甘肽(GSH)对紫花苜蓿(Medicago sativa)氮代谢及Cd累积特征的影响,以4种紫花苜蓿为植物材料,设置对照、Cd处理和混合处理(Cd+GSH)开展水培试验。结果表明,Cd胁迫影响紫花苜蓿氮代谢,谷氨酸合成酶活性较对照处理最高降低43.79%。Cd胁迫下喷施GSH后,总氮、氮代谢关键酶活性、游离氨基酸和可溶性蛋白较Cd处理均有不同程度地变化,其中谷氨酸合成酶活性较Cd处理最高增加79.05%。外源GSH影响紫花苜蓿体内Cd的化学形态与亚细胞分布:施加GSH后盐酸提取态占比较Cd处理最高增加14.81个百分点;外源GSH处理下液泡中的Cd含量占比较Cd处理最高上升11.91个百分点;GSH处理还能显著提高紫花苜蓿植物螯合肽(PCs)含量,有效阻止Cd以游离态的形式进入细胞器。研究表明,Cd胁迫下外源GSH可提高紫花苜蓿硝酸还原酶等氮代谢关键酶活性,维持氮代谢正常进行;外源GSH可能通过提高PCs的合成水平和减轻Cd毒害,间接对氮代谢进行调控。

石灰与Cd2+复合作用对三七Cd含量及其累积特征的影响

【目的】研究石灰与Cd^2+复合处理条件下,三七生物量和Cd含量及累积特征。【方法】开展田间小区试验,测定不同石灰施用量[0(CK)、750和1500 kg/hm^2]、Cd^2+(0、0.6、3.0、6.0、9.0和12.0 mg/kg)处理条件下,土壤pH、土壤有效态镉含量、三七生物量、Cd含量等指标。【结果】(1)随石灰施用量的增加,土壤pH升高,土壤中有效态镉含量显著降低。当石灰施用量为1500 kg/hm^2时,与CK相比,有效态镉含量显著降低(P<0.05),降低幅度为9.2%~38.1%。(2)在1500 kg/hm^2石灰和3.0mg/kg Cd^2+处理下,三七主根、茎叶和总生物量分别比CK增加了74.4%、41.4%和31.1%。(3)在Cd^2+为3.0、6.0、9.0和12.0 mg/kg时,施加1500 kg/hm^2石灰与CK相比,主根中Cd含量显著降低了13.0%、5.8%、13.2%和17.6%(P<0.05);在Cd^2+为6.0、9.0、12.0 mg/kg时,施加1500 kg/hm^2石灰与CK处理相比,茎叶中Cd含量显著降低了13.6%、12.4%、20.8%(P<0.05)。【结论】施加石灰可以显著提高土壤pH(P<0.05),降低土壤中有效态镉含量,减少三七对Cd的吸收累积,增加三七生物量。

“生态文明”理念融入课程思政的教育教学探索——以元阳梯田为例

生态文明的建设必须依靠生态思维,不能盲目沿用工业文明时代的理念,而高校作为传递思想火炬,培养综合人才的重要主体,自然也是要参与到生态文明建设中来,通过持续性的理念渗透,引导学生约束言行,尊重自然,保护自然,做生态文明的捍卫者。为此,本文也将立足于高校的课程思政,结合生态文明理念的渗透,以元阳梯田为例,分析生态文明理念和课程思政融合的价值,探究现实困境,并摸索解决方法,希望能够给相关教学工作者注入更多生机与活力,作出的判断和总结。

一株深色有隔内生真菌的Cd吸附特征研究

【目的】研究镉(Cd)对深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)的吸附特征,为利用DSE吸附去除Cd污染提供理论依据。【方法】采用1株DSE——嗜鱼外瓶霉(Exophiala pisciphila ACCC32496)作为研究材料,探讨菌丝吸附Cd的影响因子(pH值、初始Cd质量浓度和吸附时间)及吸附特性。【结果】嗜鱼外瓶霉吸附Cd的最佳pH值为5,并且随着初始Cd质量浓度的增加,吸附量增加,直至达到饱和状态,最大吸附量为14.14 mg/g。吸附过程分为快速反应和慢速反应阶段,60 min内Cd吸附量为11.37 mg/g,吸附过程符合Langmuir吸附等温模型,吸附动力学符合准二级速率方程。红外光谱分析表明:嗜鱼外瓶霉吸附Cd涉及氨基、酰胺基、羧基、羟基和磷酰基等基团。解吸试验表明:HNO3和Na2EDTA从嗜鱼外瓶霉菌丝上解吸Cd的能力最强。【结论】DSE嗜鱼外瓶霉(E.pisciphila ACCC32496)对Cd具有较好的吸附效果,主要依靠细胞壁上的氨基、酰胺基、羧基、羟基和磷酰基等基团吸附去除Cd。

野生小花南芥体内AsA-GSH循环对土壤Cd、Pb胁迫的响应

为探讨植物在重金属胁迫下的防御机制,通过野外调查的方法,分析了云南省会泽县铅锌矿区三个采样区野生小花南芥(Arabisalpina L.var.parviflora Franch)体内抗坏血酸-谷胱甘肽(Ascorbate-glutathione,AsA-GSH)循环对土壤Cd、Pb胁迫的响应。结果表明:驰宏区、小马坪、三多多三个采样点的土壤Cd、Pb含量存在差异,驰宏区采样点土壤的Cd、Pb含量显著高于小马坪和三多多采样点,同时驰宏区小花南芥根长、根表面积、根体积和株高均较高。驰宏区采样点野生小花南芥的丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、过氧化氢(H2O2)、抗坏血酸(Ascorbicacid,AsA)和还原型谷胱甘肽(Reducedglutathione,GSH)含量显著高于小马坪。小花南芥根和叶中抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbateperoxidase,APX)和谷胱甘肽转硫酶(GlutathioneS-transferase,GST)活性随土壤Cd、Pb含量的升高而显著提高;驰宏区野生小花南芥根部的谷胱甘肽还原酶(Glutathionereductase,GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathioneperoxidase,GPX)活性显著低于小马坪。综上所述,在土壤Cd、Pb污染条件下,野生小花南芥通过体内AsA-GSH循环保持较强的抗氧化物质再生能力,增强对Cd、Pb的耐性。

δ-MnO_(2)在环境中的演化及其与金属离子的相互作用研究进展

水羟锰矿(δ-MnO_(2))作为土壤矿物和地球沉积物中的重要组成部分,因其对土壤中诸多金属离子具有超强富集作用而备受关注。富集了金属离子的δ-MnO_(2)在土壤环境中迁移转化,伴随金属元素二次污染风险。因此,探究δ-MnO_(2)转化过程及其与金属元素的相互作用规律势在必行。本文简要介绍了δ-MnO_(2)的性质,综述了δ-MnO_(2)的结构转化及其影响因素,δ-MnO_(2)与重金属离子之间的相互作用和氧化锰晶体生长机制,并对土壤中δ-MnO_(2)转化过程带来的金属元素二次污染防治研究重点和方向提出了展望。

植物吸收、转移镉相关的转运蛋白CAXs和HMAs的研究进展

为探究植物对镉耐性的分子机理研究,提供植物蛋白转运重金属理论基础。本文分别归纳了CAXS和HMAs的结构和功能及其对植物生长的影响,以及协同作用下解毒重金属的机制。CAXs在提高植物修复潜力和强化植物营养有重要作用,主要参与二价阳离子向膜内的转运,决定植物体内Ca2+的浓度,在重金属胁迫下参与重金属离子的转运和解毒。其运行与质膜、液泡膜HMAs产生的电化学H+梯度相关,通过在细胞质膜两侧建立电势梯度差,为CAXs转运物质提供了必不可少的能量支持。但CAXs和HMAs的协同作用机理有待加强研究,建议进行CAXs、HMAs蛋白活性测定、基因分离的鉴定,研究CAXs、HMAs蛋白之间的相互关系,为将来基因工程修复重金属污染的土壤提供可能性。

土壤-生态综合实验课程虚拟仿真教学体系构建与实践

农艺措施修复重金属污染耕地对于生态农业建设和农产品安全具有重要的作用。针对农艺措施在实验教学过程中难以解决时间跨度大、田间重金属污染模拟不易开展、缺乏先进仪器操作等教学资源问题,该文结合农业院校中新农科建设要求和环境科学与工程、生态学专业人才培养必须与时俱进地响应国家乡村振兴发展的需求,科教衔接、产教导向、虚实融合对土壤-生态综合实验中高原特色农产品产地环境重金属污染农艺措施修复建设虚拟仿真实验教学平台,从教学理念、内容、方法及思政元素方面重构仿真教学体系,学生利用现代信息技术模拟完成从“实验室—田间—实验室田间的设计—种植—测试分析—职业选择”的过程,打破实验教学受时间、空间、地点和仪器限制无法触及复杂操作的困局,提高学生设计合作创新能力,培养具有爱农情怀意识的乡村振兴践行者。

植物对重金属迁移途径及其影响因素的研究进展

土壤中重金属被植物吸收后,通过横向和纵向迁移到植物的不同部位中积累。横向迁移包括共质体和质外体的途径;纵向迁移包括木质部和韧皮部的途径。植物对Cd、Pb和Zn迁移的影响因素包括:屏障结构、转运和生理代谢物质及能量供应。通过重金属在植物体内的迁移特征的研究,为土壤重金属污染的植物修复和农业安全利用提供一定依据。

黑水虻处理牛粪对水稻生长状况及养分流失风险的影响

设置8个盆栽试验处理,即施用100%化肥(100%F)、70%化肥+30%鲜牛粪(70%F+30%N)、50%化肥+50%鲜牛粪(50%F+50%N)、30%化肥+70%鲜牛粪(30%F+70%N)、70%化肥+30%黑水虻处理牛粪(70%F+30%CN)、50%化肥+50%黑水虻处理牛粪(50%F+50%CN)、30%化肥+70%黑水虻处理牛粪(30%F+70%CN)、不施肥(CK),研究了2种牛粪替代部分化肥对水稻生长状况以及盆面水养分流失风险的影响。结果表明:施用经黑水虻处理过的牛粪可以降低水稻在根生物量上的配置,增加其地上部分的生物量配置比例;当2种牛粪替代化肥的比例小于50%时,水稻的生长指标和产量在短期内没有显著降低;盆面水氮素流失的关键期在施肥后7~10 d内,而磷素流失的关键期受施肥期和水稻生长期的共同影响。考虑到新鲜牛粪具有污染环境等风险,黑水虻处理后的牛粪更适合用作水稻的有机肥。

小花南芥相关转运蛋白及有机酸对锌迁移的响应

为探讨锌(Zn)在超富集植物中的迁移转运特征,采用小花南芥作为供试植物,通过盆栽试验,研究了外源添加不同浓度Zn(0、100、300 mg∙kg^(-1))对小花南芥体内果胶含量、果胶甲酯酶(PME)活性、阳离子/H+反向运输体(CAX)活性、重金属ATP酶(HMA)活性、ATP结合盒转运蛋白(ABC)活性和有机酸(草酸、柠檬酸)含量的影响。结果表明:随Zn处理浓度的增加,叶部Zn含量呈上升趋势,根部Zn含量在100 mg∙kg^(-1) Zn处理达到最大,且Zn含量在植株中的分布表现为根>叶。300 mg∙kg^(-1) Zn处理下,共质体汁液中的Zn含量比质外体汁液中的Zn含量高85.80%,韧皮部汁液中的Zn含量比木质部汁液中的Zn含量高4.56倍。随Zn处理浓度的增加,根中果胶含量下降;与对照处理相比,2个Zn处理根和叶中PME活性增大。300 mg∙kg^(-1) Zn处理下,叶中CAX和HMA活性达到最高,与对照相比分别增加了52.54%和38.73%。100 mg∙kg^(-1) Zn处理下,根中草酸含量最低,叶中草酸含量最高。300 mg∙kg^(-1) Zn处理下,柠檬酸含量在木质部汁液和叶中的含量最高,分别比对照增加161.10%和107.88%。小花南芥根部Zn含量与PME活性呈极显著正相关,与HMA、ABC活性和草酸含量呈显著负相关。小花南芥叶中Zn含量与CAX、HMA活性和木质部柠檬酸含量呈极显著正相关。研究表明,小花南芥通过降低果胶含量、增强膜转运蛋白活性以及柠檬酸含量来促进体内Zn的转运。